Чудо  - Рациональность - Наука - Духовность

Клуб Исследователь - главная страница

ЖИЗНЕННЫЙ ПУТЬ - это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

Чем больше знаешь, тем больше убеждаешься что ни чего не знаешь...

Главная

Библиотека

О клубе
ГАИ "Алтай-Космопоиск"
Путеводитель по Алтаю
Маршруты (походы)
   Туризм

X-files

Наука и технологии

Техника и приборы

Косморитмодинамика

Новости

Фотоальбомы

Видеоальбомы

Карты (треки)

Прогноз погоды

Контакты

Форум

Ссылки, баннеры

 

Наш сайт доступен

на

52 языках

 

 
Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
 
 
 
 
 
  Locations of visitors to this page
LightRay Рейтинг Сайтов YandeG Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

 

Besucherzahler

dating websites

счетчик посещений

russian brides

contador de visitas

счетчик посещений

 

 

Здесь

может быть ваша реклама.

 

Наука и технологии

Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика"
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ы  Э  Ю  Я   По связи разделов
Гидродинамических автоколебаний эффект
Гидродинамических автоколебаний эффект

Анимация

Описание

Явление возникновения акустических волн в турбулентной затопленной струе жидкости при взаимодействии с препятствием определенной формы называется гидродинамическим автоколебательным  эффектом.

Устройства, преобразующие кинетическую энергию струи жидкости в энергию акустических колебаний называется гидродинамическими излучателями.

Работа гидродинамического излучателя основана на генерировании возмущений в жидкой среде в виде некоторого поля скоростей и давлений при взаимодействии вытекающей из сопла струи с препятствием определенной формы и размеров, либо при принудительном периодическом прерывании струи. Эти возмущения оказывают обратное действие на основание струи у сопла, способствуя установлению автоколебательного режима. Механизм излучения звука возмущениями может быть различным в зависимости от конструкции гидродинамического излучателя, которая принципиально отличается от конструкции газоструйных излучателей для воздушной среды, хотя гидродинамические излучатели и называют жидкостными свистками.

Наибольшее распространение получили пластинчатые гидродинамические излучатели, состоящие из погруженных в жидкость прямоугольного щелевого сопла (рис. 1) и заостренной в сторону струи пластинки, которая крепится в узловых точках (рис. 1а) либо консольно (рис. 1б).

 

Схема пластинчатого гидродинамического излучателя с креплением пластинки в узловых точках

 

 

Рис. 1а

 

Обозначения:

1 - сопло;

2 - пластинка;

3 - точки крепления.

 

Схема пластинчатого гидродинамического излучателя с консольным креплением пластинки

 

 

Рис. 1б

 

Обозначения:

1 - сопло;

2 - пластинка.

 

При натекании на пластинку потока жидкости в ней возбуждаются изгибные колебания, основная собственная частота которых:

 

,

 

где a - коэффициент пропорциональности, зависящий от способа крепления пластинки;

- длина пластинки;

- толщина;

Е - модуль упругости;

r - плотность материала, из которого изготовлена пластинка.

 

Если все перечисленные величины выражены в единицах системы СГС, то при креплении пластинки в двух узлах a = 2,82, а консольно a = 0,162.

Наличие присоединенной массы несколько принижает значение fPL. В натекающей струе возникают автоколебания с частотой:

 

fc=kn/h,

 

где n скорость струи;

- расстояние между соплом и пластинкой;

k - коэффициент пропорциональности, зависящий от n и h.

 

Для возбуждения интенсивных колебаний необходимо совпадение fc и fPL. На практике настройка пластины в резонанс с колебаниями струны не представляет особых трудностей и осуществляется регулировкой скорости истечения струи и изменением расстояния между соплом и пластинкой. Пластинчатые гидродинамические излучатели генерируют колебания с частотами ~2ё35 кГц. Излучение акустической энергии при работе пластинчатых гидродинамических излучателей осуществляется в основном за счет колеблющейся пластинки в направлении, перпендикулярном ее плоскости, с максимумом посредине опор (рис. 1а) либо вблизи свободного конца (рис. 1б).

Временные характеристики

Время инициации (log to от -1 до 0);

Время существования (log tc от 0 до 6);

Время деградации (log td от -1 до 0);

Время оптимального проявления (log tk от 1 до 5).

Диаграмма:

Технические реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Простейшая техническая реализация представлена на рис. 1а. В качестве сопла можно использовать бытовой пылесос со щелевой насадкой, в качестве пластины - полоску тонкой (0,1мм) стальной фольги, зажатую одним концом в массивное основание. Изменяя длину консольной части пластины (то есть резонансную частоту свободных колебаний пластины) можно получить различные частоты автоколебаний, меняя одновременно расстояние от сопла до пластины, как это описано в содержательной части. При этом частота автоколебаний будет всегда практически совпадать с частотой собственных колебаний.

Применение эффекта

Гидродинамические излучатели применяются для интенсификации различных технологических процессов, таких, как эмульгирование нерастворимых друг в друге жидкостей (например, получение высококачественных эмульсий вода-масло, вода-ртуть), диспергирование твердых частиц в жидкостях (например, графита в масле), ускорение процессов кристаллизации в растворах, расщепление молекул полимеров, очистка стального литья после прокатки и т.д.

Пример 1. Пластинчатый гидродинамический излучатель с кольцевым соплом.

В конструкции гидродинамического излучателя имеется кольцевое щелевое сопло 1 (рис. 2), образованное двумя коническими поверхностями, а колеблющимся препятствием служит полый цилиндр 2, который разрезан вдоль образующих так, что создается система расположенных консольных пластин.

 

Схема пластинчатого гидродинамического излучателя

 

 

Рис. 2

 

Возможен и другой механизм излучения гидродинамического излучателя - за счет пульсации кавитационной области, образующейся между соплом и припятствием (рис. 3).

 

Схема стержневого гидродинамического излучателя

 

 

Рис. 3

 

Основные элементы такого излучателя - конусно-цилиндрическое сопло 1, препятствие-отражатель 2 и резонансная колебательная система в виде стержней 3, расположенных вдоль образующих цилиндра с осью сопло - отражатель. Она может быть изготовлена либо в виде набора скрепленных по краям стержней, либо в виде пустотелого цилиндра с профрезерованными вдоль образующих пазами. Отражающие поверхности могут быть выпуклыми, плоскими и вогнутыми. Лучшим в энергетическом отношении является вогнутый отражатель в виде лунки, обеспечивающий образование кавитационной области, содержимое которой с определенной частотой (частотой основного тона) выбрасывается из зоны сопло - отражатель. Для возбуждения интенсивных колебаний необходимо определенное соотношение между диаметром лунки D на торце отражателя и диаметром сопла d при определенной форме отражающей поверхности. Пульсации кавитационной области создают переменные поля скоростей и давлений, которые возбуждают в стержнях 3 изгибные колебания на их собственной частоте, что дает вклад в излучение, повышая его интенсивность и монохроматичность. Собственная частота стержней fст определяется по той же формуле, что и fпл (коэффициент  a при двустороннем закреплении стержней равен 1,03, а при консольном -0,7). Гидродинамические излучатели подобной конструкции называются стержневыми.

Принцип излучения за счет пульсации кавитационной области возможен в конструкции гидродинамического излучателя, подобной изображенной на рис. 3, если в дне цилиндрического припятствия имеется отверстие диаметром d. Кавитационная область тороидальной формы образуется между торцами сопла и отражателя (сопла и цилиндра). Для этого необходима скорость истечения жидкости 20-30 м/с и напор примерно 2-10 атм. Спектр частот генерируемых колебаний - 0,3-25 кГц.

Возможны гидродинамические излучатели, действие которых основано на эффекте Бернулли. Они состоят из кругового сопла 1 (рис. 4) и защемленной по контуру мембраны 2.

 

Схема гидродинамического излучателя

 

 

Рис. 4

 

Струя, вытекая из сопла, периодически меняет давление в зоне сопло - мембрана, вызывая колебания мембраны. При этом в жидкость излучаются мембраной низкочастотные колебания. Колебания излучаются с основным тоном, соответствующим собственной частоте изгибных колебаний мембраны.

Кроме перечисленных, существуют роторные излучатели, основными рабочими элементами которых являются соосно расположенные цилиндры - статор и ротор. Каждый из них на боковых поверхностях снабжен системой прорезей или отверстий. Работа их подобна работе сирен и сводится к периодическому прерыванию струи жидкости, что достигается чередованием прорезей статора и ротора при вращении и приводит к возникновению в рабочей среде пульсаций давления. Частота роторных гидродинамических излучателей определяется количеством прорезей и числом оборотов ротора.

Гидродинамические излучатели способны излучать акустические колебания в широком частотном диапазоне: от 0,3 до 35 кГц с максимальной интенсивностью ~1,5-2,5 Вт/см2. Общими преимуществами гидродинамических излучателей являются дешевизна получаемой акустической энергии, простота конструкций и их эксплуатации, а так же тот факт, что струя жидкости является в них, с одной стороны, генератором колебаний, а с другой - объектом озвучивания. Преимущество пластинчатых гидродинамических излучателей - возможность работы при относительно низких напорах, начиная примерно с 2 атм.; недостатки - частые поломки пластин из-за усталостных напряжений, трудность расположения опор точно в узловых точках, затруднения при генерировании колебаний в вязких средах и средах с твердыми примесями. Стержневые гидродинамические излучатели лишены указанных недостатков, однако они работают при повышенных напорах, начиная примерно с 4 атм. Роторные гидродинамические излучатели существенно сложнее пластинчатых и стержневых как в конструктивном отношении (из-за необходимости обеспечения высокой соосности ротора и статора, наличие вращающихся элементов и т.д.), так и в эксплуатации, но они имеют наибольшую по сравнению с другими гидродинамическими излучателями производительность.

Литература

 1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.

 2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982.

 3. Акустополяризационные измерения характеристик анизотропии горных пород (методические рекомендации). Апатиты, 1985.

Ключевые слова

  • жидкость
  • газ
  • течение
  • пластина
  • колебания
  • собственные частоты
  • резонанс
  • автоколебания

Разделы естественных наук:

Акустика
Дозвуковое обтекание незакрепленных тел жидкостью и газом
Механические колебания и волны

Формализованное описание Показать